地下水利用を考慮した貴志川漏水対策について
中野 彩，山崎 裕治
近畿地方整備局 和歌山河川国道事務所 調 査第一 課 （〒640-8227 和歌山県和歌山市西汀丁16番） 紀の川水系貴志川では，2011年台風12号の出水により，堤防法尻部および堤内地の水田や畑 等の10箇所超で噴砂跡が発見された．貴志川における堤防点検結果では，基礎地盤のパイピン グ破壊に対する安全性が不足する区間が約3.6kあり，うち、3.0kが未対策となっている．本報告 は一連の詳細点検結果を踏まえて，その対策工の検討を行うとともに，対策工の選定について は，現地における施工性，経済性および維持管理等を考慮した新工法(ウェルドレーン工法)を 適用した．検討にあたっては三次元飽和－不飽和浸透流解析を実施し，対策工としての効果を 確認するとともに，対策工費の大幅な削減が可能となった． キーワード 河川堤防，浸透流解析，浸透対策，ウェルドレーン工法1. はじめに
紀の川水系貴志川は和歌山県北部を北流し，紀の川本 川19.4k付近で合流する支川であり，合流点から5.2kまで が国管理区間にあたる． 2011年9月に発生した台風12号による出水では，紀の 川本川及び支川貴志川においても避難判断水位を超過す る水位を観測した．支川貴志川においては，最高水位と 堤内地盤の比高差は約2.6mとなった．これにより、堤防 法尻部および堤内地の水田や畑等で噴砂跡が発見された． また，2012年6月の梅雨前線による出水においても同 様に噴砂が確認され，地元からは早急な対策を講じるよ う要望があがっており，これら被害の防止・軽減に向け た対策が急務となっている． 昨年度，九州の矢部川において出水時法尻のパイピン グにより堤防が破堤し，堤内地に浸水被害が発生したこ とで，堤防の質的強化対策についてさらに関心が高まっ てきている．本報告は貴志川丸栖地区で実施した「ウェ ルドレーン工法」について紹介するものである． 図-1 紀の川流域概要及び貴志川位置図2. 貴志川での噴砂
(1)2011年（平成23年）9月の台風12号時の被災状況 台風12号の出水による紀の川流域の2日間平均雨量は 船戸地点上流で415mmであり，1959年（昭和34年）9月 伊勢湾台風時の2日間雨量313mmを大きく上回り，戦後 最大値を更新する雨量であった．また，降り始めから5 日間 で年間雨量の4分の3が集中している． 紀の川水系の支川である貴志川においても流域平均で 334mmの雨量があり，水位は5.65mを観測し，避難判断 水位5.50mを超過した．貴志川左岸0.2k付近（紀の川市丸 栖地区）においては，内水被害が発生し，排水ポンプ車 による排水作業が実施された．1) 図-2 2011 年（平成 23 年）9 月台風 12 号時の噴砂状況別紙―２
貴志川 ① ① ③ 7.6m 4.6m 3.2m ② ③ 7.6m 4.6m 3.2m 7.6m 4.6m 3.2m ②v w v v v d d d i Δψ Δφ ρ h h h d d i Δψ Δφ (水平方向) (鉛直方向) △φ △φ φ；各節点の圧力水頭 dh d V この出水において左岸丸栖地区（1.2k～2.0k）で地盤 の隆起，噴砂が確認されたため，稲刈り後に実施した現 地調査の結果，大きく分けて3点で10箇所の噴砂を確認 した． (2) 2012年（平成24年）6月の梅雨前線時の被災状況 また，昨年2012年6月には前年の2011年9月時に比べ河 川水位は1.8m程度低い状況であったが，概ね同じ箇所に おいて噴砂を確認した．
3. 浸透に対する照査
(1) 土質調査 堤防の浸透流解析にあたり，検討対象地点における土 層の堆積状況およびその連続性を確認する目的で土質調 査を行った．調査結果より透水性が高い砂礫層が堤防下 を横断的に分布し，川裏側では基礎地盤表層にやや透水 性の低い中間土（砂質土～粘性土）が分布しており，河 川水位上昇時には川裏側の砂礫層が被圧状態になりやす い地盤条件であることが判明した． (2) 地盤のモデル化 図-3に地盤モデル図を示す．地盤特性値の設定には当 該箇所における試験値を採用することを基本とした． 図-3 地盤モデル図 表-1 地盤定数一覧 (3)詳細点検結果 堤防の浸透に対する安定性検討は「河川構造の構造検 討の手引き2）」（以下「手引き」）に準じ，降雨．洪水 を外力として非定常飽和－不飽和浸透流解析を実施する． 詳細点検では，すべり安定性照査と堤内法尻部におけ るパイピング破壊に対する照査をそれぞれ行った結果， すべり破壊および鉛直方向の局所動水勾配に対する安全 性が確認されたものの，水平方向の局所動水勾配(ih)お よび，盤ぶくれに対して所要の安全率を満足しない結果 となった． 図-4 パイピング破壊に対する安全性照査の考え方 図-5 現況堤防の安全性評価結果4. 浸透対策工法の検討
(1) 周辺条件 a) 堤内地の地下水利用状況 左岸丸栖地区には農業用水および水道の揚水ポンプが 点在しており，地下水位は河川水位と連動してしている ことから，浸透対策として遮水矢板を設置すればポンプ からの揚水量が低減する可能性が考えられた． 図-6 堤内地の揚水ポンプ位置図 b) 内水被害の発生区域 堤内地の丸栖地区は内水区域で，ドレーン工法を適用 した場合には内水流量がどの程度増えるか留意する必要 があった． また，近畿地方農政局により農地浸水軽減を目的とし てた農地防災事業が実施中であり，対策工として丸栖地 写真① 写真② 地下水の流れ（想定） 被覆土 なし i ＜0.5 i ；裏のり尻近傍の基礎地盤の局所動水勾配の最大値 被覆土 あり G／W ＞1.0 G ；被覆土層の重量 W ；被覆土層基底面に作用する揚圧力 パイピング破壊(浸 透破壊)に対する 安全性 Fc=4,Gc=68 H.W.L. +26.897m Bg1(砂礫) Ag(砂礫) kP=8.23E-01 Bg2(砂礫) Acs(中間土) As(砂質土) +20.00m +25.00m +15.00m kM=1.51E-02 Bc(耕作土） ・Fc=55,Gc=24 ・Fc=21,Gc=20 ・Fc=11,Gc=59,D50=3 ・Fc=5,Gc=73,D50=9 ・Fc=6,Gc=8 ・Fc=9,Gc=49 ・Fc=14,Gc=50 ・Fc=7,Gc=56,D50=2 ・Fc=6,Gc=51,D50=2 Ｎ値 Ｎ値 平水位 +19.156m φ=41.4,c=11.0 γt2=20.3,γsat=21.3 層区分 飽和単位体積重量γsat(kN/m ) 内部摩擦角 φ(deg) 粘着力 c(kN/m ) 透水係数 k(cm/s) Bg1 3 2 (Bg2) 湿潤単位体積重量 γt(kN/m )3 (As) Ag Acs 0.0 34.6 － 20.0 現場にて水置換法により体積・単重を把握． 1.51E-02 粒度試験結果より帯水層と判断し，Ag層に含めてモデル化を行う． Bg1層と粒度分布および平均N値（平均Ｎ＝10）が類似することから，同等の透水性・力学 特性を有すると判断し，Bg1層に含めてモデル化を行う． 1.00E-06 1.63E-01 L2.0k-2MSの現場 透水試験値 左岸下流地区の透水 試験結果から設定 貴志川下流地区の現 場透水試験平均値 20.3 21.3 1.0 41.1 礫分粒調試料の三軸試験結果（ＣＤ条件） L1.6k-2Sの室内試験結果から設定． 19.8 20.1 24.0 17.2 道路橋示方書(Ⅳ.下部構造編)に準拠 （手引き中のDunhamの式②に準拠）平均Ｎ値18から推定． 河川用地内・ ・ ・ ＯＵＴ 堤内民地側・ ・ ・ ＯＵＴ G/W=0.67<1.0→OUT G/W=0.77<1.0→OUT ih=0.52>0.5→OUT iv=0.42<0.5→OK 被覆土層 層厚T=2.0m 堤体盛土(Bg) 1.51E-01cm/sec 難透水層(Acs) 1.00E-06cm/sec 耕作土 1.00E-05cm/sec 透水層(Ag) 1.63E-01cm/sec 被覆土層 層厚T=2.3m 流速ベクトル区下流域で排水ポンプの設置が計画されており，ドレー ン排水量により，農地防災事業計画にどの程度影響を与 えるか把握する必要があった． c) 堤防裏法尻水路 堤防裏法尻には土地改良区のかんがい用水路が存在す るが，その運用はかんがい期のみであり，出水時には樋 門からの取水が停止されることから，法尻ドーレンから 排水する場合，水路規模に問題なければ利用可能と考え られた． (2) 対策工法の比較 当該対策工における対策工の決定にあたり，対策工の 抽出，選定を行った．第3案の遮水矢板工法は揚水ポン プ取水に影響を与えることから非選定とした．第１案の ドレーン工法は法尻部をバックホウにより床堀りを行う ため，ドレーン断面が大きくなり施工にあたっては相当 量の現況堤防の掘削が必要となる．一方，第２案のウェ ルドレーン工法はケーシングマシンで掘削するため，コ ストおよび施工性が大幅に改善されることから，当該箇 所における対策工として第２案のウェルドレーン工法を 採用した． 表-2 本検討における対策工の比較 (3) ウェルドレーン工法の構造 本工法は杭工法を応用し，オールケーシング掘削機に より掘削，排土した後に，図-4に示すウェルドレーンを 建て込むものである．ウェルドレーンの径は、オールケ ーシング掘削機での施工性及び堤体の安定性を考慮し、 掘削幅が過大にならないよう1.1mとした。 ウェルドレーンの深さとしては、地下水の通っている砂 礫層に十分に貫入させるために、砂礫層に50cm貫入させ る深さとした。 (4) ウェルドレーンピッチの算定 ウェルドレーンピッチの算定にあたっては図-7に示す モデルを作成し，三次元飽和－不飽和浸透流解析を行っ た．基礎地盤の帯水層の被圧水頭に着目して堤体部はモ デル化していない． 2本のウェルドレーンの中間点を圧力水頭の照査点と してG/W>1.0となるウェルドレーンピッチを算定し，20m ピッチのとき，上記照査基準を満足することを確認した． この時の砂礫層上面の圧力水頭を図-8に示す． 図-8 三次元解析による圧力水頭コンター図 案１ ドレーン工法 案2 ウェルドレーン工法 案3 遮水矢板工法 概 要 図 工 法 概 要 ドレーン工を透水性の高い砂礫層まで整備すること により、砂礫層の浸透による被圧（揚圧力）を低減す る工法。 案1のドレーン工と同様の機能を有する工法である が、堤防法線方向に間隔を設けて鉛直部ドレーン を設置する工法。 川側ののり面を不透水材で被覆し、矢板を不透 水層まで打ち込むことで遮水する工法。 メ リ ッ ト • 浸透による被圧を低減するため、噴砂が抑制さ れる。 • 平常時の河川水が堤内側へ供給される。 ‧ 浸透による被圧を軽減するため、噴砂が抑制さ れる。 • 平常時の河川水が堤内側へ供給される。 • 掘削重機は汎用機（ケーシングマシン）で対応 可能で、施工費は安価である。 • 堤内地側のパイピングにも効果が期待できる。 • 矢板と被覆により浸透を遮断するため、噴砂 が抑制される。 • 他案と比較して堤体の掘削が少ない。 デ メ リ ッ ト • 堤体を一部掘削する必要がある。 • 砂礫層が高透水10-1オーダ(cm/sec)のため他案 より排水量が大きくなる。 • 堤体を一部掘削する必要があるが、ケーシング マシンでの施工となるため、堤体への影響は比 較的小さい。 • 砂礫層が高透水10-1オーダ(cm/sec)のため他 案より排水量が大きくなる。 • 川から堤内側への水の供給が遮断される。 ・地下水流動への影響が大きい （堤内側に上水の水源ポンプ有） 礫層が厚く、透水層をすべて遮断しなければ 遮水効果が期待出来ない。 • 経済性で最も劣る。 評 価 ○ ◎ △ 案１ ドレーン工法 案2 ウェルドレーン工法 案3 遮水矢板工法 概 要 図 工 法 概 要 ドレーン工を透水性の高い砂礫層まで整備すること により、砂礫層の浸透による被圧（揚圧力）を低減す る工法。 案1のドレーン工と同様の機能を有する工法である が、堤防法線方向に間隔を設けて鉛直部ドレーン を設置する工法。 川側ののり面を不透水材で被覆し、矢板を不透 水層まで打ち込むことで遮水する工法。 メ リ ッ ト • 浸透による被圧を低減するため、噴砂が抑制さ れる。 • 平常時の河川水が堤内側へ供給される。 ‧ 浸透による被圧を軽減するため、噴砂が抑制さ れる。 • 平常時の河川水が堤内側へ供給される。 • 掘削重機は汎用機（ケーシングマシン）で対応 可能で、施工費は安価である。 • 堤内地側のパイピングにも効果が期待できる。 • 矢板と被覆により浸透を遮断するため、噴砂 が抑制される。 • 他案と比較して堤体の掘削が少ない。 デ メ リ ッ ト • 堤体を一部掘削する必要がある。 • 砂礫層が高透水10-1オーダ(cm/sec)のため他案 より排水量が大きくなる。 • 堤体を一部掘削する必要があるが、ケーシング マシンでの施工となるため、堤体への影響は比 較的小さい。 • 砂礫層が高透水10-1オーダ(cm/sec)のため他 案より排水量が大きくなる。 • 川から堤内側への水の供給が遮断される。 ・地下水流動への影響が大きい （堤内側に上水の水源ポンプ有） 礫層が厚く、透水層をすべて遮断しなければ 遮水効果が期待出来ない。 • 経済性で最も劣る。 評 価 ○ ◎ △ ▽洪水時水位 ドレーン工 堤脚水路 浸透（圧力伝播）イメージ ▽洪水時水位 ドレーン工 堤脚水路 浸透（圧力伝播）イメージ ▽洪水時水位 ウェルドレーン工 堤脚水路 浸透（圧力伝播）イメージ 水平ドレーン 鉛直ドレーン ▽洪水時水位 ウェルドレーン工 堤脚水路 浸透（圧力伝播）イメージ 水平ドレーン 鉛直ドレーン 浸透（圧力伝播）イメージ 矢板で浸透を遮断 被覆工 遮水矢板工 浸透（圧力伝播）イメージ 矢板で浸透を遮断 被覆工 遮水矢板工 図-7 三次元浸透流解析モデル 堤内側 堤外側 堤防下部 堤内地下部 ウェルドレーン の中心断面 堤防裏法尻ライン
5. 浸透対策工法の施工状況
ウェルドレーン工の施工手順は堤防裏法尻部に施工ヤ ードを掘削により確保し，オールケーシング掘削機によ り礫層まで掘削を行い，鉄筋カゴ組み立てたものを削孔 内に据え付け，ドレーン材を投入，間詰め材（砂）の充 填を行い，その後ケーシングを引き抜き，ウェルドレー ンを完成させる．その後ウェルドレーン上部に堤脚部の パイピングによる堤防破壊対策として水平ドレーン工法 を施工する．ウェルドレーン工は4本/日の割合で建て込 み可能であることから施工性についても他工法より優れ ていると言える． 写真-1 削孔および鉄筋カゴの据え付け（Step1） 写真-2 ドレーン材の充填（Step2） 写真-3 ケーシングの引き抜き（Step3） 写真-4 ウェルドレーン完成（Step4） 写真-5 水平ドレーン工設置（Step5）6. モニタリング計画
ウェルドレーン対策工の効果確認および設計方法の妥 当性確認を目的としてモニタリング調査を行う．モニタ リング項目は表-3に示す項目について実施する．図-10 に示すモニタリング実施位置は噴砂発生箇所近傍におい て計画した． 表-3 モニタリング項目一覧 図-10 モニタリング位置7. まとめ
紀の川水系貴志川における河川堤防を一事例として盤 ぶくれに起因する浸透破壊に着目し，その強化対策とし て近畿地方整備局管内で初めてウェルドレーン工法を適 用した．本検討で明からかになったことを列挙する． 分類 モニタリング項目 使用ｾﾝｻｰ 設置数量 適用 ・堤防横断方向における河川側堤防 内と堤内側法尻部での砂礫層内の被 圧水位の比較 ウ ェ ル ド レ ー ン の 効果確認と設計妥当 性確認 水位計 5 点×2 箇所（上 下流） ・ウェルドレーン延長方向における ドレーン間の砂礫層内の被圧水高さ 分布の確認 ウェルドレー ン １ 本 の ウ ェ ル ド レ ーンの排水能力確認 流量計 1 箇所 ウェルドレーン 1 本あたりの排水 量の確認 排水路 全 体 の ウ ェ ル ド レ ーンの排水能力確認 流量計 1 箇所 対策区間末端部での流量確認(1) 三次元の飽和-不飽和浸透流解析より，ウェルド レーンピッチにおける水頭低下量を算出した結 果，当該箇所において必要なピッチは約 20m と なることを確認した． (2) 対策工の比較検討より，貴志川丸栖地区の堤防 漏水対策として，ウェルドレーン工法は，掘削 機械に汎用機（ケーシングマシン）を用いるた め施工性，経済性に優れ，また特に維持管理の 必要性がないことから適していることを確認し た．
